A01-2 オートファジーシステムの構造学的解明

研究代表者 野田　展生（Nobuo Noda） 北海道大学・遺伝子病制御研究所　教授、 微生物化学研究所　特任研究員 https://mechanism.igm.hokudai.ac.jp/
研究分担者 福田　善之（Yoshiyuki Fukuda） 東京大学・大学院医学系研究科　特任講師 https://structure.m.u-tokyo.ac.jp/

研究課題の概要と計画

マクロオートファジーにおける重要な過程として、オートファゴソーム形成と選択的なターゲットの隔離があり、前者は主要Atg因子群が、後者は受容体型Atg因子群が担っている。いまだ謎に満ちたこれら過程の分子機構を明らかにするためには、Atgタンパク質群の作動原理を理解することが必須であり、そのためには構造基盤をシステム全体で確立していく必要がある。そこで本研究では主要Atg因子群および受容体型Atg因子群の構造基盤を確立し、マクロオートファジーの作動原理を解明する。さらに領域内連携を推進することで、マルチモードオートファジー全般に関する制御因子群の構造基盤を確立し、これら因子群の作動原理を解明することを目指す。分担者の福田は、クライオ電子線トモグラフィーによりオートファジーの過程において形成される隔離膜の形態変化を担う構造基盤を解析し、その膜動態の作動原理の解明を試みると共に、クライオ電子顕微鏡を用いた構造解析の拠点として領域内で推進される様々な研究を支援する。

生物種／実験系： 出芽酵母、無細胞系、構造生物学
経路：マクロオートファジー、ミクロオートファジー、膜透過型オートファジー
分解基質：タンパク質、液滴、ミトコンドリア

研究代表者主要業績

Maruyama T, Alam JM, Fukuda T, Kageyama S, Kirisako H, Ishii Y, Shimada I, Ohsumi Y, Komatsu M, Kanki T, Nakatogawa H, Noda NN. Membrane perturbation by lipidated Atg8 underlies autophagosome biogenesis. Nat. Struct. Mol. Biol., 2021, 28, 583-593.

Fujioka Y, Alam JM, Noshiro D, Mouri K, Ando T, Okada Y, May AI, Knorr RL, Suzuki K, Ohsumi Y, Noda NN. Phase separation organizes the site of autophagosome formation. Nature, 2020, 578, 301-305.

Matoba K, Kotani T, Tsutsumi A, Tsuji T, Mori T, Noshiro D, Sugita Y, Nomura N, Iwata S, Ohsumi Y, Fujimoto T, Nakatogawa H, Kikkawa M, Noda NN. Atg9 is a lipid scramblase that mediates autophagosomal membrane expansion. Nat. Struct. Mol. Biol., 2020, 27, 1185-1193.

研究分担者主要業績

Fukuda Y, Beck F, Plitzko JM, Baumeister W. In situ structural studies of tripeptidyl peptidase II (TPPII) reveal spatial association with proteasomes. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2017, 114, 4412-4417.

*Fukuda Y, Laugks U, Lucic V, Baumeister W, Danev R. Electron cryotomography of vitrified cells with a Volta phase plate. J. Struct. Biol., 2015, 190, 143-154. *Corresponding author.

Asano S#, Fukuda Y#, Beck F, Aufderheide A, Förster F, Danev R, Baumeister W. A molecular census of 26S proteasomes in intact neurons. Science, 2015, 347, 439-442. #Co-first author.

キーワード

Structural biology, Cryo-electron microscopy, Cryo-electron tomography, X-ray crystallography, Cell-free system, Core Atg proteins, Selective autophagy receptor, Liquid-liquid phase separation